一种温度场自补偿的真空样品台加热装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种温度场自补偿的真空样品台加热装置，主要包含5个部分，内圈加热片，主加热片一，主加热片二，主加热片三，外圈加热片。本发明专利技术专利所设计加热器结构上的形变自补偿可以平衡由于高温变形所带来的加热温度场整体偏移。此外，通过调节主加热片一、主加热片二和主加热片三的加热功率关系，再通过内圈加热片和外圈加热片的加热功率优化，可以实现样品台托盘上的高温温度均匀。本发明专利技术专利的加热装置可以很方便的实现尺寸拓展，尤其适合多片大尺寸外延生长系统的均匀加热。大尺寸外延生长系统的均匀加热。大尺寸外延生长系统的均匀加热。

【技术实现步骤摘要】
一种温度场自补偿的真空样品台加热装置


[0001]本专利技术属于薄膜制备
，特别涉及一种温度场自补偿的真空样品台加热装置。

技术介绍

[0002]分子束外延技术是一种高精度的薄膜制备技术。在真空腔体内，将源材料的原子或分子束流沉积在一定温度的外延衬底上并形成具有一定晶体质量、材料组分和厚度的薄膜。由于分子束外延可以制备原子级厚度的薄膜，生长速率十分缓慢，早期的分子束外延主要用于科研领域。近些年来，随着分子束外延技术的应用越来越广泛，工业生产需要多片、大尺寸衬底的分子束外延设备。
[0003]随着分子束外延设备中的样品台尺寸的增大，衬底表面的温度均匀问题越来越重要。尤其在生长对温度比较敏感的材料层时，温度的不均匀将会使得所生长的薄膜材料在生长速率、材料组分和晶体质量等方面的材料性质不均匀，这大大降低了外延薄膜的有效利用面积，也即是降低了后续芯片的产量。此外，严重的温度不均匀甚至会造成大面积废片。常规的蚊香式加热器在高温下工作过程中，整体在径向产生延展形变，引起加热器的温度场向外侧偏移，进而导致不同的生长温度，衬底表面的温度分布有变化。因此，设计一种均匀加热的样品台加热系统对于促进多片、大尺寸的分子束外延设备的发展十分重要。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种均匀加热的分子束外延真空样品台加热系统。通过结构上的自补偿可以弥补多片、大尺寸分子束外延设备中由于加热器材质高温变形所带来的加热温度场向外圈偏移的问题。
[0005]本专利技术所提供的一种均匀加热的分子束外延样品台加热系统的加热器包含5个部分，从内到外依次为：内圈加热片、主加热片一，主加热片二，主加热片三，外圈加热片。主加热片二为同等直径尺寸的圆弧形加热片依次连接形成，相邻两个圆弧形加热片在连接点处的几何切线重合。主加热片一和主加热片二为两种不同直径尺寸的圆弧形加热片按小圆弧、大圆弧循环的顺序依次连接形成，相邻两个圆弧形加热片在连接点处的几何切线重合。
[0006]其中，主加热片一、主加热片二和主加热片三的沿着径向方向相邻圆弧为同心圆，主加热片一的小圆弧半径与主加热片三的小圆弧半径相同，主加热片一的大圆弧半径与主加热片三的大圆弧半径相同。主加热片一和主加热片二的圆弧的垂直法线距离与主加热片二和主加热片三的圆弧的垂直法线距离相等，其距离范围为5毫米~10毫米。
[0007]进一步的，内圈加热片、主加热片一，主加热片二，主加热片三，外圈加热片的加热片厚度相同，其厚度范围为0.5毫米~1.5毫米；主加热片一，主加热片二和主加热片三的加热片宽度相同，其宽度范围为2毫米~10毫米；内圈加热片和外圈加热片的加热片宽度相同，并且内圈加热片的宽度是主加热片一宽度的1.5~3倍。
[0008]此外，内圈加热片和外圈加热片的加热功率分开独立控制。主加热片一、主加热片
二、主加热片三的加热功率互相耦合，其耦合关系为：设主加热片一的加热功率为P1，主加热片二的加热功率为P2，主加热片三的加热功率为P3，则P1=a+bP2；P3=c+dP2，其中，a和c的参数数值由加热器的结构和材料参数确定。b和d的参数数值由加热器的目标温度确定。
[0009]当加热系统升到高温时，加热片由于热胀冷缩而伸长，则圆弧半径均会增大，而相邻两个圆弧扩展方向相反，因此可以自补偿的方式大幅减小温度场的整体向外侧偏移。
附图说明
[0010]图1和图2是示意的表示出本专利技术提出的加热器俯视图。图3是示意的表示出本专利技术提出的加热器侧视图。图4是示意的表示出本专利技术提出的加热器的三维图。
[0011]附图标记说明：101 衬底坑一，102衬底坑二，103衬底坑三，104衬底坑四，105衬底托盘，200加热片，201外圈加热片，202主加热片一，203主加热片二，204主加热片三，205内圈加热片，206外圈加热片电极，207内圈加热片电极，208主加热片三电极，209主加热片二电极，210主加热片三电极，211转轴，301反射板一，302陶瓷垫一，303陶瓷垫二，304陶瓷垫三，401反射板二，402连接支撑件一，404连接支撑件二。
具体实施方式
[0012]实施例一：如图1
‑
4所示，一种适用于4片4英寸外延片的真空样品台加热系统，其中，加热部分包含5个部分，从内到外依次为：内圈加热片205、主加热片一202，主加热片二203，主加热片三204，外圈加热片201。主加热片二203为同等直径尺寸的圆弧形加热片依次连接形成，相邻两个圆弧形加热片在连接点处的几何切线重合。主加热片一202和主加热片三204为两种不同直径尺寸的圆弧形加热片按小圆弧/大圆弧/小圆弧/大圆弧
……
的顺序依次连接形成，相邻两个圆弧形加热片在连接点处的几何切线重合。内圈加热片205和外圈加热片201的加热片厚度1mm，宽度8mm；主加热片一202、主加热片二203和主加热片三204的加热片厚度均为1mm，宽度均为5mm；主加热片二203的共有16段圆弧依次相切组成，每个圆弧半径为30mm。主加热片一202和主加热片三204则由8个大圆弧和8个小圆弧依次相切，大圆弧半径43mm，小圆弧半径18mm。
[0013]将清洗并吹干处理之后的蓝宝石外延衬底放入分子束外延设备的进样室。经过高温预处理1小时之后，通过转移机械臂将蓝宝石衬底转移到分子束外延设备生长室的衬底托盘105的衬底坑一101上。衬底托盘105通过转轴旋转，转速为30转/分。分别对内圈加热片205、主加热片一202、主加热片二203、主加热片三204和外圈加热片201通电加热，通过分子束外延腔体的红外温度检测装置检测并控制加热器功率，使得温度达到1000℃。
[0014]以上实施例主要说明了利用本专利技术提出一种适用于4片4英寸外延片的真空样品台加热装置，尽管只对其中一种本专利技术实施结构进行了描述，但本专利技术在不偏离其主旨与范围内可以以许多其他结构实施。因此，应该理解的是，以上实施例并不限于本专利技术，凡在本专利技术精神和原则内，所做的修改、替换等，均应包含在本专利技术的保护范围内。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种温度场自补偿的真空样品台加热装置，主要包含样品台托盘部分，加热器部分，陶瓷支撑部分，双层反射板部分、转轴部分；其特征在于所述加热器部分包含5个部分，从内到外依次为内圈加热片、主加热片一，主加热片二，主加热片三，外圈加热片，主加热片二为同等直径尺寸的圆弧形加热片依次连接形成，相邻两个圆弧形加热片在连接点处的几何切线重合，主加热片一和主加热片三为两种不同直径尺寸的圆弧形加热片按小圆弧、大圆弧循环的顺序依次连接形成，相邻两个圆弧形加热片在连接点处的几何切线重合。2.根据权力要求1所述的一种温度场自补偿的真空样品台加热装置，其特征在于，主加热片一、主加热片二和主加热片三的沿着径向方向相邻圆弧为同心圆，主加热片一的小圆弧半径与主加热片三的小圆弧半径相同，主加热片一的大圆弧半径与主加热片三的大圆弧半径相同，主加热片一和主加热片二的圆弧的垂直法线距离与主加热片二和主加热片三的圆弧的垂直法线距离相等，其距离范围为5毫米~10毫米。3.根据权力要求1所述的一种温度场自补偿的真空样品台加热装置，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘胜，甘志银，沈桥，植成杨，严晗，
申请(专利权)人：广东众元半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：